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猛禽遊隼的度冬航線,跟氣候變遷有什麼關係?

Carol
・2021/06/03 ・3426字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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目前已知全球氣候變遷及人為開發活動會影響及鳥類每年的遷徙移動,進而可能導致鳥類遷徙到不適宜居住的地點以及不相符合的繁殖環境。

遷徙鳥類會隨著季節性地偏好的北極(極地)繁殖地,不過科學家對於鳥類遷徙路經的資訊、維持方法、未來途徑,以及體內基因是如何影響及決定遷徙路徑目前仍不甚清楚。

最近的研究發現,遊隼身上的 ADCY8 基因,可能與遷徙路徑有關。而全球暖化的情況持續下去,歐亞大陸西部的遊隼族群遷徙距離會越來越短,而東部的族群遷徙距離則會越來越長。

地表最速猛禽,遊隼

遊隼 (peregrine falcons,Falco peregrinus) 是體型壯碩,飛行極為快速的鳥類,俯衝時最高時速甚至可達 300 km 以上。遊隼會先在高空鎖定欲捕食的中小型鳥類,然後將尾翼後折,俯衝而下(如影片)。

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在遊隼的名字中,falcon 指的是「隼」,在拉丁文中更是有著「鐮刀」的意思,是源自於遊隼飛行時彎曲的翅膀。目前有些戰鬥機、重機就以遊隼為名。例如:日本生產的重機鈴木 GSX1300R 隼,其車頭的特殊造型就是仿製遊隼而來的。除此之外,身為飛行之王的遊隼也會出現在阿拉伯聯合大公國的國徽,作為該國的國鳥。

圖三/阿拉伯聯合大公國的國徽是以遊隼為形象。Wikimedia

為了食物,棲息極圈的遊隼必須遷徙到南方

遊隼除了南極大陸及少部分的區域外,在世界各地皆有分布。不同地區的遊隼生活環境略為不同,可生活在平原、濕地等山區棲地,甚至是城市裡。有部分遊隼是留鳥,有部分遊隼則會在特定季節遷徙。遊隼的遷徙原因主要可分為兩類,一種是因為幼鳥成熟離巢而擴散到其他棲息地;另一個原因則是為探尋食物來源。在秋季來臨,氣候逐漸寒冷的時候,身處在高緯度地區的遊隼因所處環境食物資源日漸缺乏,會開始進行遷徙的行為,到較溫暖且食物充足的地方渡冬,待冬季過去,才會再回到原來的繁殖地。

北極地區的遊隼,具有特定的遷徙途徑

生活在北極地區的遊隼,約在九月時開始進行秋季遷徙,大約可在 27 天內旅行 2,280 到 11,002 公里,並且在十月時到達他們度冬的區域。遊隼通常獨自遷徙,而來自極地不同地區的遊隼,使用的遷徙路徑也大不相同。研究團隊藉由衛星追蹤 6 個族群共 56 隻遊隼,可觀察到 5 種不同的路徑(圖四),遷徙的出發地,也各不相同,區分為 Kola、Kolguev、Yamal、Popigai、Lena 及 Kolyma 六個(Kola 及 Kolguev 地點出發的遊隼使用相同的遷徙路徑)。

圖四/藉由衛星追蹤 56 隻遊隼,可發現 5 種不同的路徑。實線為秋季遷徙,虛線則是春季遷徙。參考文獻 1

若是連續追蹤遊隼三年的飛行路徑,則可發現其遷徙路徑的會重複性相當高,每年變動的幅度不大(圖五)。倘若進一步計算且比較不同族群遊隼的遷徙路徑,則可發現使用東方路徑 (Eastern routes) 遷徙的遊隼其旅行途徑明顯地遠高於使用西方路徑 (Western routes) 遷徙的遊隼。

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圖五/從 2010 到 2014 年,從 Lena 啟程的遊隼遷徙路徑。參考文獻 1

藉由路徑距離的長短,來將從五個不同地點遷徙的遊隼區分兩大類,分別為長距離遷徙 (LD, long-distance) 及短距離遷徙 (SD, short-distance),長距離遷徙指的是從 Yamal、Popigai、Lena 及 Kolyma 等地遷徙的遊隼飛行路徑,短距離遷徙則是指從 Kola、Kolguev 地點的遊隼遷徙路經。(圖六)

圖六/從五個地點出發的路徑,可分為長距離遷徙 (LD, long-distance) 及短距離遷徙 (SD, short-distance)。其中 Kola 與 Kolguev 屬於 SD;Yamal、Popigai、Lena 及 Kolyma 屬於 LD。參考文獻 1

遊隼的遷徙路徑,受不同時期的環境影響

這些繁殖族群一共使用五種不同遷徙途徑來橫跨歐亞大陸 (Eurasia),可能是源自過去末次冰盛期 (LGM, Last Glacial Maximum) 至全新世 (Holocene Epoch,約一萬年前) 的過渡期間,氣候從寒冷轉逐漸轉換成溫暖穩定,冰河逐漸融化,遊隼的繁殖地也亦有經緯度的改變。現今這些不同遷徙路經中的環境差異 (divergence) 也讓這些途徑保留各自的獨特性 (distinctiveness)。

在末次冰盛期 (LGM),生活在北極西方區域的遊隼有較小的度冬區域,然而在東邊區域是仍然維持不變,遊隼們會遷徙到一個渡冬區域,進行一個東南向的遷徙(經過印度及東南亞)(圖七)。而在全新世中期 (the middle of the Holocence),則改為西南向路徑遷徙。在全新世中期 (the middle of the Holocence) 時,遊隼的繁殖地區已逐漸向北邊轉移。這也顯示,遊隼需有一個更長的遷徙路經。這些結果顯示冰川周期 (glacial cycle) 的改變是可以調控遊隼遷徙的方向以及距離。

圖七/不同時期時,遊隼的繁殖地及渡冬區的位置分布與遷徙路徑。最上方圖示為末次冰盛期 (LGM);中間的圖示為全新世中期 (the middle of the Holocence);最下方的圖示則為現今的遊隼遷徙路徑。參考文獻 1

基因變異造成遷徙距離不同

此研究中,研究團隊不僅僅使用衛星追蹤遊隼飛行路徑,還從觀測的 6 個族群共 56 隻遊隼中,取其中 4 個族群中的 35 隻遊準進行基因定序。研究團隊發現一個名為 ADCY8 的基因,此基因先前已被報導出會參與在其他動物的長期記憶中。根據先前研究,ADCY8 會轉譯 adenylyl cyclase type8 催化酵素,可以促使 ATP 轉換成 cAMP,並扮演次級信使可向下調節與記憶相關的基因。除此之外,

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ADCY8 基因的突變可促進轉錄因子 CREB1 的結合。CREB 是一個轉錄因子,可利用 CREB basic region及leucine zipper domain (bZIP) 與 CREB1 的結合 (bind),並且可藉由 DNA 甲基化來調節基因表現。CREB1 已被指出對於長期記憶的發展有著決定性的影響,因 ADCY8 基因的突變是發生在長距離遷徙遊隼與短距離遷徙遊隼族群分離之後,只有長距離的遊隼遷徙族群的 ADCY8 基因有較高的活性,並藉此可增強長期記憶的能力,這有助於對於遊隼長距離的遷徙。

此研究發現 ADCY8 基因與族群間相異的遷徙距離有相關性,並了解 ADCY8 和 CREB1 會藉由共同調節長期記憶的能力來影響遊隼的飛行距離,長期記憶可能是造成在遊隼族群 ADCY8 基因變異的選擇性因素。

全球暖化對於遊隼遷徙的影響

研究團隊使用生態區位模型 (ecological niche) 來模擬未來在 2070 年時,每個族群的遊隼的繁殖地及度冬地分散情形。結果發現,每個族群的繁殖地及度冬地會北極遷移 2.08 緯度(圖八)。這也與大部分的北極海濱鳥 (Arctic shorebirds) 遷徙狀況有一致的情形,並可彰顯苔原亦受到氣候影響的生長區域。

圖八/現今及 2070 年時,5 個族群遊隼的繁殖區域及渡冬區域。綠色虛線為現在的繁殖區域,實線則為 2070 年的繁殖區域。橘色虛線區域為現在的渡冬區域,實線則為 2070 年的渡冬區域。參考文獻 1

除此之外,未來使用短距離路徑 (SD) 的遊隼,其遷徙路徑會越來越短;反之,長距離的遊隼其遷徙路徑則會越來越長。如果今後數十年間,地球氣候以相同的速率暖化,歐亞大陸西部的遊準族群可能會明顯地減少,並且可能會停止遷徙。而歐亞大陸東部的遊隼族群則會遇到長途遷徙的很大的危機,因為遊隼的死亡率會隨著遷徙路徑增長而提高。

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全球暖化也被預測會影響遷徙策略,並且減少遊準在歐亞北極的繁殖區域範圍。釐清生態作用與演化過程的交互作用,進一步可以有利於保護遷徙鳥類。

為因應全球氣候變遷,遊隼會需要改變新的度冬區域,並且調整的遷徙路徑。

氣候暖化,北極的繁殖地減縮,可能不止會導致遊隼族群減縮,亦會連帶影響其他北極遷徙物種瀕臨危機。因此,減緩全球暖化的速度實為重要,氣候變遷不僅會直接影響人類生活環境,更會立即影響到極地生物的生存。

參考資料

  1. Gu, Z., Pan, S., Lin, Z., Hu, L., Dai, X., Chang, J., … & Zhan, X. (2021). Climate-driven flyway changes and memory-based long-distance migration. Nature591(7849), 259-264.
  2. Biologists Find Evidence of Migration Gene in Birds
  3. 台灣的猛禽-遊隼
  4. 設定目的再挑戰並行動吧!世界最快的鳥類——遊隼
文章難易度
Carol
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Carol|生科系畢業,喜歡植物,喜歡小丑魚。

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如何找到肺癌對應基因?臨床實驗幫助病友翻轉病情!
careonline_96
・2024/04/24 ・2515字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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給 每一位剛踏上抗癌路上的鬥士與戰友

確診晚期肺癌的病友,在治療初期若是能與醫師密切配合,就有機會可以找到很好的治療方式,讓病情翻轉。進入治療前,首先會透過基因檢測,找出關鍵的基因突變,若是未發現常見基因突變,也可利用次世代基因定序,找出罕見基因。肺癌的治療已像慢性病一樣,只要妥善運用基因檢測與接續治療策略,就有機會延長病友的存活期,無論是帶有 EGFR、ALK、ROS1、BRAF、HER2、RET、MET、KRAS、NTRK 等基因突變,目前也都已經有很好的標靶藥物可治療,病友只要了解自己的疾病概況,與醫師充分溝通,一起把握每一次治療的機會!

大林慈濟醫院副院長賴俊良醫師

次世代基因定序助攻!揪出罕見肺癌改善病友預後

一名確診晚期肺癌的 50 多歲男性,在進行一般的基因檢測時並沒有找到突變基因,病程也加速惡化,且伴隨糖尿病、高血壓、腎功能衰退,全身嚴重浮腫。所幸,再接受次世代基因定序檢測後,很幸運地發現他是較罕見的 MET 基因。賴俊良醫師說,MET 基因分為不同的突變型,而該名病友屬於較少見的擴增型,後續在使用相對應的標靶藥物治療後,全身浮腫的狀況逐漸改善,病情也受到控制,且恢復到原本的工作與生活。

標靶藥物各有專攻 找到對應基因才能發揮效果

台灣的肺腺癌以 EGFR 基因突變為主,其他基因突變相對稀少,包含 ALK、KRAS、BRAF、ROS1、RET、NTRK 等。賴俊良醫師說,由於國人常見的致癌基因約佔一半以上,因此,通常會先檢測這些突變基因,若是找不到突變基因,則是會採取更先進的檢測方法找出突變基因,而次世代基因定序是目前肺癌精準治療的重要工具,可以更準確地找到驅動關鍵基因,醫師也可以從而制定精準的治療策略,進而大幅改變病友的預後。

晚期肺癌的治療藥物已有相當大的突破與進展,在過去不知道有這些基因突變時,部分病友的預後較差,但現在針對主要的驅動基因,幾乎都有相對應的藥物可以治療,賴俊良醫師說,有些病友知道標靶藥物治療成效佳,堅持只接受標靶治療,其實概念上並沒有這麼簡單,不同的驅動基因要使用不同的標靶藥物,才有辦法發揮治療效果。

臨床試驗安全性高 為病友帶來新契機

一般人聽到臨床試驗,常直覺是白老鼠,賴俊良醫師說,這樣的錯誤觀念仍有待匡正,其實所有藥物都必須先經過動物實驗,確認有明顯的治療成效,才會進到人體試驗,且第一期、二期、三期分別有不同的條件與目的,只有在第一期和第二期執行成果中,顯示其具有前景的試驗,才會進入第三期,在臺灣進行的臨床試驗都已具有相當完善的規範,也會在保護受試者的情況下進行。病友若是治療遇到瓶頸時或是可能需要自費或是參加臨床試驗,賴俊良醫師建議,若符合可以參加臨床試驗的條件,病友及家屬可以進一步與主治醫師討論了解,也有機會可以找到新契機,讓病情翻轉。

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他的故事 談面對恐懼

罹癌就像暴風雨 家人陪我度過每個關卡

曾經聽人家說「罹癌是上天給的禮物」,這個天上掉下來的禮物很痛苦、很折磨,也狠狠把我 K 醒!才 53 歲的我,去(2023)年 3 月起連續兩個月咳個不停,確診為肺腺癌第四期,我的腦子一團亂,醫師開始為我化療,治療期間我吃不下、甚至沒辦法走路,家人擔心再化療下去可能連命都沒了。

就像落水的人,拼命想抓住救生圈,經過不斷打聽,朋友介紹到大林慈濟賴副院長的門診。第一次住院待了 33 天,治療期間,好像一個人漂浮在汪洋中,害怕上不了岸,擔心得連呼吸都困難;沒想到最後可以出院,體力還變好,原本沒辦法行走,後來能夠走出醫院,過了這個坎,好像就沒有什麼好怕的了。

過去從事餐飲業,每天至少一包菸,加上廚房的油煙,破壞身體免疫力。以前認為跟家人除夕吃團圓飯很平常,罹癌住院 33 天的經驗,讓我知道這個「平常」代表「幸福」。治療中,太太、兒女一路陪我度過每個關卡,從身體不舒服的第一天,到住院、標靶藥物和門診追蹤,可靠又溫暖的陪在身旁。

我有十幾年糖尿病的歷史,罹癌後發現血壓、腎臟指數飆高,全身浮腫,醫院安排做次世代基因定序檢測,醫師說,我是 MET 基因中第二類比較少見的擴增型,從去年 5 月開始服用標靶藥物治療,全身浮腫的狀況改善了,病情也控制住,除了容易累,體力比較差,沒有影響到生活,我想老天爺在給我機會。

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癌症就像一場暴風雨,考驗自己的內心,生活變得很慌亂,遇到事情就去面對它、解決它,慢慢把腳步站穩後,暴風雨過去了,接下來的每一天都要好好過,或許癌症真的是一個生命的禮物,敦促著我們找回人生最重要的事,也提醒正在看這封信的學弟妹們,醫療這麼發達,穩定用藥就可以擁有好的生活品質,不要放棄;開心是一天,不開心也是一天未來每一天,我選擇開心地過。

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癌症治療方法有哪些?臨床試驗有哪些評估面向?
careonline_96
・2024/04/19 ・2447字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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給 每一位剛踏上抗癌路上的鬥士與戰友

醫學中心的臨床試驗機會多,病友們也存在一些錯誤的迷思,我們需要了解,臨床試驗是依據現今最標準的治療方式進行,參加臨床試驗的對照組,也有機會可以使用到健保沒有給付的藥物。不過,現有的臨床試驗不一定都適合每一位病友,病友們一定要與主治醫師充分討論自己的治療計劃,即使是晚期肺癌,只要隨時掌握疾病的狀況,找到合適的治療方式,便能穩定控制,與癌共存!

台大醫院胸腔科廖唯昱醫師

臨床試驗增加用藥可近性 為病友延長生命

一名年約 82 歲女士,手術後確定是肺癌第三期,後續接受輔助性的化學治療,在追蹤一段時間後復發,由於當時沒有很好的基因檢測與標靶藥物,僅能接受放射線治療、化學治療控制。廖唯昱醫師說,病友面對治療仍相當樂觀,治療一至兩年後,幸運地找到適合的臨床試驗,便開始使用標靶藥物,其中有兩到三年的時間,只需單純使用標靶藥物即可控制病情,病友也因此延長生命到近 90 歲。

臨床試驗是醫療機構依據醫學的理論,於人體施行新的醫療技術、新的藥品或新的醫材。廖唯昱醫師說,最主要的目的是希望找到一個新的、更有效的治療方式,讓病友可以延長生命,甚至達到治癒。對於晚期肺癌病友而言,最佳的治療方式可能是標靶治療、免疫治療,或是化學治療,若是健保有給付,我們會選擇用健保的方式進行第一線治療;若是對病友最有利的治療方式健保未給付,我們即會想辦法協助病友尋找適合的臨床試驗。

罕見基因治療武器有限 先確定驅動基因再找合適的臨床試驗

面對臨床試驗,可以從兩個方面評估,廖唯昱醫師說,若是新發現的基因突變與新研發的藥物,病友可以先觀察第一期臨床試驗中,新藥物可以達到的治療效果,以及可能出現的副作用,等到狀況較成熟後再加入;假如已通過第一期、第二期臨床試驗,並且清楚知道新藥物的成效,即可考慮加入第三期,無論抽到實驗組或對照組,其實對整個治療都有一定的幫助。

此外,對於一些罕見基因型的肺癌,由於治療武器較有限,病友常期望可以加入臨床試驗,廖唯昱醫師說,在加入臨床試驗前,需要先確定肺癌的驅動基因突變,再去尋找適合的臨床試驗。然而,臨床試驗通常會設定一些條件,如藥物可能有已知的副作用,在臨床試驗開始前,便會需要作詳細檢查,確認病友的所有狀況符合條件後,才有機會加入。

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近年來,肺癌治療有大幅進展,標靶治療、免疫治療、化學治療都持續進步。廖唯昱醫師說,即使是晚期肺癌,只要隨時掌握疾病的狀況,找到合適的治療方式,便能穩定控制病情,而且在接受治療的同時,病友可以回復正常的生活,甚至恢復工作,也能保有良好的生活品質。

他的故事 談生活品質

踩穩自己的節奏 癌後體會慢下來哲學

村上春樹的小說《舞舞舞》,不論世界如何紛亂,你要踩穩自己的舞步和節奏。我在 70 歲確診第四期肺癌,剛開始是肋骨痛,那時剛巧有人推壞我的門,花了些時間把門拆下來再裝回去,第二天睡醒,肋骨開始痛,一直誤以為是修門太費力導致疼痛,就近在診所拿止痛藥,吃了七個月,也耽誤了黃金治療期。

我從事鐘錶業,累積非常多客戶,都是靠著口碑、耳傳而來,客戶群裡有很多醫師。那時有四、五位醫師朋友提醒檢查身體,台大醫院廖唯昱醫師是我 20 年的好友,要我去他的門診掛號,我一直推拖,隔了一年多才就醫。或許是身體在抗議,過去熬夜修錶、抽菸是生活的常態,也不太吃東西,一天大概吃一餐,工作與生活都失序。

加入臨床試驗,接受免疫治療兩年與服用標靶藥物四年,目前病況獲得穩定控制。我很幸運,藥物耐受力不錯,除了體重掉 10 公斤,沒有出現副作用,就是容易累,以前可以連續工作 12 小時等結案再離開桌子;現在工作兩個半小時就需要休息,等體力恢復後才能繼續,以前閒不下來,生病後把休息排到行程表中,做個慢下來的人。

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我過去是海陸步兵,曾經四個月背 30 公斤裝備行軍,磨了三年,十年沒有感冒過,因為有練過,體力一直很好,從來不覺得癌症這件事會找上我。客戶常來找我聊天,分享生活及心裡的感受,一個朋友後來也罹肺癌,他把我當模範,看到我不會埋怨也不會負面思考,讓他覺得安心也可以樂觀面對。

工作之餘,我會帶著狗兒子到公園玩,一拿出牽繩,狗狗就興奮得狂跳,台灣土狗體力好、運動量大,常常拉著我跑,增強健康也減少肌肉衰退。選擇適合自己的運動很重要,起床和睡前我會練啞鈴,各 20 分鐘,讓我維持好手力,現在還有 700 隻錶等著我,很多客戶勸我不要再收錶了,其實,「專注心之所向」可以釋放壓力及擁有成就感,反而能好好過生活。

生命自會找到出路!提醒學弟妹,接受已發生的事實,調整生活節奏,緩下腳步了解身體的需要,也不妨把罹癌當成一件事去鍛煉它、面對它,把生活重心放在自己喜歡的事物上,就不會被情緒左右。

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溫室效應有救了?把二氧化碳埋進地底吧!  
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/03/25 ・1389字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 台灣中油股份有限公司 委託,泛科學企劃執行。 

近年全球對於氣候變遷的關注日益增加,各國紛紛宣布淨零排放(Net Zero Emissions)的目標,聯手應對氣候變遷所帶來的挑戰。淨零排放是指將全球人為排放的溫室氣體量和人為移除的量相抵銷後為零。而「碳捕存再利用技術(Carbon Capture Utilization and Storage,簡稱 CCUS)」技術被視為達成淨零重要的措施之一。 

CCUS 示意圖。圖/INPEX CCS and CCUS Business Introduction Video 2022 

「碳捕存再利用技術 CCUS」是什麼? 

CCUS 技術可以有效地將二氧化碳從大氣中捕捉並封存,進而減少溫室氣體的排放。CCUS 包含捕捉、運輸、封存或再利用三個階段,也就是將二氧化碳抓下來,並且存起來或是轉換成其他有價值的化學原料。關於如何捕捉二氧化碳,可以參考我們先前拍的影片《減碳速度太慢?現在已經能主動把二氧化碳抓下來!?抓下來的二氧化碳又去了哪裡?》。 

至於捉下二氧化碳之後,該存放在哪裡呢?科學家們看上一個經過數千萬年驗證、最適合儲存的地方——地底。沒錯,地底可不只有石頭跟蜥蜴人,只要這些石頭中存在孔隙,就可以儲存氣體或液體。最常見的就是天然氣與石油。現在,我們只要將二氧化碳儲存到這些孔隙就好。 

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封存的地質條件也很簡單,第一,要有一層擁有良好空隙率及滲透性的「儲集層」,通常是砂岩。第二,有一層緻密、不透水且幾乎無孔隙的岩石,用來阻擋儲集層的氣體向上逸散的「蓋層」,常見的是頁岩。只要儲集層在下,蓋層在上,就是一個理想的儲存環境。 

臺灣哪裡適合地質封存? 

臺灣由東往西,從西部麓山帶、西部平原、濱海到臺灣海峽,都有深度達 10 公里的廣大沉積層,並且砂岩與頁岩交替出現,可說是良好的儲氣構造。 

至於臺灣適合封存二氧化碳的地點,有個很直接的作法,就是參考石油、天然氣的儲存場域就好,也就是所謂的「枯竭油氣層」。將開採過的天然氣或石油的空間,重新拿來儲存二氧化碳。而臺灣的油氣田,主要集中在西部的苗栗與臺南一帶,在 1959~2016 年,累計產了 500 億立方公尺的天然氣,和超過 500 萬公秉的凝結油。 

臺灣油氣田位置圖。圖/《科學發展》2017 年 6 月第 534 期
鐵砧山每年封存 10 萬噸二氧化碳(相當於通霄鎮 1/3 人口一年的二氧化碳排放量)。圖/台灣中油

而至今這些枯竭油氣田,適合來做二氧化碳的封存。例如苗栗縣通霄鎮的鐵砧山是臺灣目前陸上發現最大的油氣田,不只是封閉型背斜構造,更擁有厚實緻密的緻密蓋岩層。在原有油氣田枯竭後,從民國 77 年開始轉為天然氣儲氣窖利用原始天然氣儲層調節北部用氣的方式,已持續超過 35 年。因此中油也正規劃在鐵砧山氣田選擇合適的蓋層和鹽水層,進行小規模的二氧化碳注入,作為全國首座碳封存的示範場址。並同時進行多面向的長期監測,驗證二氧化碳封存的可行性與安全性。 

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更多詳細內容及國際 CCUS 案例,歡迎觀看影片解惑! 

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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